что такое разнородные стали

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Разнородная сталь

Разнородные стали ( например, быстрорежущая и поделочная) могут также свариваться трением. Однако при большом различии: их теплофизических свойств наблюдается перегрев стали с низкой теплопроводностью. [1]

Сварка разнородных сталей имеет целый ряд специфических особенностей, определяющих работоспособность сварных соединений; появление при сварке кристаллизационных прослоек в зоне сплавления, нестабильность структуры шва при эксплуатации и наличие зысоких остаточных напряжений. [4]

Сварку разнородных сталей одного структурного класса разного легирования между собой производят с использованием сварочных материалов, применяемых обычно к стали, менее легированной. [5]

Сварка разнородных сталей затруднена еще и тем, что они в подавляющем большинстве случаев отличаются друг от друга величиной коэффициентов линейного расширения. [7]

При сварке разнородных сталей в образовании шва, кроме дополнительного ( электродного) металла, участвуют еще два других основных металла, зачастую существенно отличающихся по составу и свойствам. [8]

При сварке разнородных сталей одного структурного класса, но разной степени легирования технологию и режимы выбирают для более легированной стали. Если сваривают разнородные стали различных структурных классов, технологию и режимы выбирают таким образом, чтобы обеспечить минимальное проплавление основного металла. [9]

Особенности сварки разнородных сталей определяются главным образом разбавлением, диффузией и сопутствующими процессами. [10]

При сварке разнородных сталей и двухслойного проката известные преимущества достигаются при сварке постоянным током. [14]

При сварке разнородных сталей более теплопроводный металл сваривается с большей установочной длиной. Правильность выбора установочной длины в этом случае оценивается равномерным нагревом с обеих сторон от стыка. [15]

Источник

Характеристики электродов для сварки разнородных сталей

В современным машиностроении, нефтегазохимической и других отраслях широко используется оборудование из разнородных сталей и сплавов. Это означает, что конструкция была сварена из материалов, которые серьезно различаются по своим физико-механическим характеристикам, химическому составу, процессу легирования и способности к свариванию. Иными словами, материалы имеют разную атомарно-кристаллическую структуру. Для соединения таких деталей применяются специальные электроды для разнородных сталей.

Где и зачем используются разнородные стали и сплавы

В современной промышленности конструкции из таких материалов имеют широкое применение. Они необходимы там, где их отдельные детали работают в разных условиях – при разных знакопеременных нагрузках, уровнях температур и агрессивности сред, абразивного износа, давления и т. д. В ряду таких сфер:

Конструкции такого типа называют комбинированными. Они обеспечивают необходимые технические и технологические характеристики оборудования, в широком ряде случаев позволяют сделать его производство более экономичным.

В чем сложность сварки разнородных сталей

Вся совокупность таких материалов условно подразделяется на четыре основные группы:

Сваривать детали разнородного состава обычными электродами нельзя, поскольку риски получения некачественного шва максимальны.

В результате сварки в металле шва могут появиться интерметаллидные структуры – соединения из металлов, рассчитанных на совершенно разный температурный режим сварки. Поскольку эти структуры очень хрупкие, существуют высокие риски быстрого разрушения металла шва и конструкции в целом.

Особенности электродов

Ключевая задача электродов для ММА сварки разнородных сталей – получение равнопрочного сварного соединения. Большая часть таких изделий применяется для сварки высоколегированных и легированных высокопрочных сталей. Особенности таких присадочных материалов:

Еще одна особенность: наличие в составе, помимо никеля, кремния, цинка и других легирующих добавок – в широком ряде случаев они позволяют подавить рост и даже полностью предотвратить образование указанных выше хрупких интерметаллических прослоек.

Особенности сварки

В большинстве случаев соединения разнородных сплавов ММА сварка выполняется на пониженных токах, при этом – с увеличенной скоростью. Это необходимо для того, чтобы ширина переходного интерметаллического шва была минимальной. Таким образом предотвращается появление трещин, которые могут образоваться у линии сплавления в металле шва.

При сварке перлитных (углеродистых) и аустенитных (высоколегированных) сталей используются стержни из более тугоплавких аустенитных сталей. Это необходимо для того, чтобы обеспечить наплавленному металлу необходимую аустенитную структуру, что важно для конструкций из теплостойких, жаростойких и жаропрочных сталей. Одна из технологий такой сварки:

При соединении углеродистых и хромистых сталей, напротив, используются электроды из сталей перлитного класса. В этом случае в зоне переходных участков со стороны хромистой стали обеспечивается необходимая высокая пластичность и ударная вязкость.

Как правило, сварка выполняется постоянным током обратной полярности. Инверторный аппарат позволяет максимально точно задать все сварочные параметры для получения металла шва необходимых характеристик.

Марки электродов для сварки разнородных сталей

Назовем некоторые наиболее распространенные марки электродной продукции, применяемые для решения профильных задач.

Среди профильной продукции также широко известны отечественные марки ЦТ-28, Э-42А-Э100, ОЗЛ-6, ОЗЛ-27, ОЗЛ-28, НИАТ-5, ОЗЛ-25Б. Их специализация – соединение деталей из сталей самой обширной группы – углеродистых и низколегированных с элементами из теплостойких, жаростойких, неконструкционных, трудносвариваемых и других сталей.

Электроды для сварки разнородных сталей широко представлены в каталоге изделий Магнитогорского электродного завода.

Источник

Технология сварки разнородных сталей

Разнородными принято считать стали, которые отличаются атомно-кристаллическим строением, т.е. имеют ГЦК-, ОЦК- решетку или принадлежат к разным структурным классам (перлитные, ферритные, аустенитные), а также стали с однотипной решеткой, относящиеся к различным группам по типу и степени легирования (низколегированные, легированные, высоколегированные). Они содержат в сумме до 5, 10 или свыше 10 % хрома и других легирующих элементов соответственно.

В табл. 1 приведены основные группы сталей, применяемых в машиностроении. Из них формируют различные сочетания для изготовления сварных конструкций.

Табл. 1 Классификация сталей, применяемых в сварных соединениях разнородных сталей

Класс сталей и сварочных материалов

Перлитные и бейнитные

09Г2С, 10ХСНД, 20ХГСА

30ХГСА, 40Х, 40ХН2МА, 38ХВ

Теплоустойчивые (Cr-Мо и Cr-Mo-V)

12МХ, 12Х1МФ, 20Х1М1Ф169

Мартенситные, ферритные, ферритно-мартенситные, аустенитно-мартенситные, ферритно-аустенитные

12 %-ные хромистые, жаростойкие

08X17Т, 15Х25Т, 20X17Н2

12 %-ные хромистые, жаропрочные

Аустенитные стали и сплавы на никелевой основе

Аустенитные коррозионно-стойкие и криогенные

Жаропрочные никелевые сплавы

Конструкции, сваренные из разнородных сталей, называют комбинированными. Они применяются в тех случаях, когда условия работы отдельных частей конструкции отличаются температурой, агрессивностью среды, особыми механическими воздействиями (износ, знакопеременное нагрузка и т.п.).

Особенности технологии сварки комбинированных конструкций из сталей различных структурных классов

Поэтому при выборе способов и режимов сварки отдают предпочтение технологии, при которой толщина кристаллизационной прослойки минимальна. Этого достигают следующими методами:

— Применением высококонцентрированных источников тепла (электронный луч, лазер, плазма);

— Разделкой кромок или их наплавкой (рис. 1), уменьшающей долю участия сталей;

— Выбором режимов сварки с минимальной глубиной проплавления;

— Переходом к дуговой сварке в защитных газах, обеспечивающей интенсивное перемешивание металла ванны.

Преимущества сварки комбинированных конструкций в защитных газах связаны с увеличением температуры расплавленного металла, снижением поверхностного натяжения и, соответственно, увеличением интенсивности его перемешивания, что вызвано ростом приэлектродного падения напряжения сварочной дуги и увеличением кинетической энергии переноса капель электродного металла и плазменного потока в дуге.

Добавление в аргон кислорода, азота, углекислого газа усиливает отмеченные преимущества. Добавки кислорода повышают температуру ванны также тем, что вызывают экзотермические окислительно-восстановительные реакции. В результате отмеченных явлений снижается уровень структурной и механической неоднородности в зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом.

При ручной дуговой сварке положительные результаты получают в противоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ванны, что зависит от температуры плавления электрода. Снижения температуры плавления электрода достигают увеличением содержания никеля и марганца. Применение таких электродов является наиболее радикальным мероприятием и при сварке под флюсом, одновременно уменьшающем ширину кристаллизационных и диффузионных прослоек (рис. 2).

При сварке под флюсом перемешивание ванны также может быть усилено увеличением силы тока, напряжения или скорости сварки. Однако рост этих параметров приводит к неблагоприятному изменению схемы кристаллизации (увеличению угла срастания кристаллитов), что увеличивает риск образования горячих трещин. Скорость сварки, как правило, не должна превышать 25 м/ч. Интенсивному электромагнитному перемешиванию ванны препятствует наличие шунтирования магнитного поля перлитной сталью, а также нарушение шлаковой защиты. В этом процессе весьма эффективен ввод внутренних стоков тепла в виде охлаждающей присадки (рис. 3), также снижающей температуру ванны.

Табл. 2 Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки перлитных и бейнитных сталей с аустенитными сталями и сплавами

Группа свариваемых сталей (см. табл. 1)

Композиция наплавленного металла

Предельная температура эксплуатации, °С

Источник

Технология сварки разнородных сталей

В процессе работы с металлическими изделиями — создания конструкций, восстановления изношенных частей, упрочнения поверхности — нередко проводится сварка разнородных сталей. Эта технология самая сложная из всех видов аналогичных работ из-за разных кристаллических решеток, структур и свойств. При плавлении происходит смешивание 2 химических составов, в результате чего образуется вещество, совершенно не схожее по параметрам с основными. Это чревато осложнениями в сварной зоне:

Учитывая все факторы, влияющие на качество, разработана технология сварки разнородных сталей, которая, по сути, представляет собой наплавление одного универсального или нескольких слоев, плавно переходящих по химическому составу.

Минимальное вмешательство в соединяемые поверхности практически исключает структурные изменения в месте плавления: появление неоднородностей и внутренних напряжений. Сварка сталей разных марок предполагает использование:

Сваренные медь (Cu), сталь (Fe) и алюминий (Al)

Особенности и классификация сталей

Важно! Точное определение марки детали не всегда возможно, поэтому достаточно знать тип структуры и использовать электроды универсальные или повышенного легирования

Под разнородностью подразумеваются структуры металлов, таких как сварка углеродистых и легированных сталей, которые отличаются по физико-механическим свойствам:

Типы структур — аустенит, феррит, феррито-перлит, все вариации закалочных конструкций (мартенсит, бейнит), эвтектика — по признаку разнородности делятся на 4 группы:

Чтобы определить, чем и как правильно производить сварку металла, шовные соединения разделены на 4 группы, в зависимости от температуры эксплуатации:

Технология сварки материалов одного структурного класса

К таким операциям относятся: сварка чугуна со сталью, углеродистые сплавы с разной степенью легирования, но с условием соответствия одной структуре. К швам не предъявляются требования относительно повышенной прочности, наличия специфических свойств, но есть несколько правил по определению режима:

У сильнолегированной вариации (феррито-перлитной) температура закалки намного ниже, чем у обычных углеродистых (аустенит не рассматривается, поскольку у этого твердого раствора порог превращения находится гораздо ниже, у некоторых — в зоне отрицательных температур). Чтобы не получить мартенсит или бейнит, необходимо либо обеспечить очень медленное охлаждение (что при сварочных работах невозможно), либо заведомо исключить влияние t на основную матрицу. Для этого наплавляется слой электродами с более легированным составом типа Э42А, Э46 для углеродистых низколегированных марок. Например, сварка стали 45 со сталью 3 имеет феррито-перлитную структуру. Термический режим подбирается для Ст45, т. е. подогрев до 400-500 °С и медленное охлаждение.

При работе с аустенитными, мартенситными и смешанными структурами приобщаются эл-ды с наличием Ni, Cr, тугоплавких элементов.

Схема сварки неплавящимся электродом с комбинированной защитой

Технология сварки материалов разных структурных классов

Сварка разнородных металлов осложняется образованием карбидов, их типом и содержанием. Профилактикой образования неоднородных структур является комплекс мер, снижающих термодинамическую активность углерода.

Дополнительно электроды легируются: C, Si, Mn, Mo и Cr.

Нюансы и трудности при сварке

Важно! В большинстве случаев качество шва определяет термическая составляющая: нагрев и охлаждение. Для этого учитываются особенности более легированной марки металла, поскольку порог структурных превращений значительно ниже

В первую очередь при выборе электрода нужно руководствоваться температурными условиями, в которых будет работать деталь (в таблице).

Сварка разнородных сталей, нержавеющей и обычной, затрудняется тем, что первая может иметь как аустенитную структуру, так и ферритную. Проверить этот момент можно с помощью магнита — первая парамагнитна.

Параметры соединения, на которые нужно ориентироваться, — это ударная вязкость (показатели шва должны быть меньше, чем самой детали) и относительное удлинение металла.

Сварка низколегированной стали с углеродистой чувствительна к временному сопротивлению. Характеристики электрода и детали должны совпадать, чтобы не исключить внутренние напряжения.

Заключение

Выполняя работы, нелишним будет обратиться к табличным данным по электродам для сварки разнородных сталей по ГОСТ 10052-75 и 14651-69, определить марку металла или, что еще более важно, его структуру. Правильный выбор эл-ов и термического режима (нагрев, охлаждение) позволит минимизировать такую проблему, как усадка металла при сварке.

Источник

Сварка разнородных сталей: основные типы сталей и применяемые технологии сварочных процессов

В настоящее время в различных отраслях промышленности нередко встречается сварка разнородных сталей. Такое действие необходимо чаще всего в тех случаях, когда возникает необходимость создать соединения из сталей, различающихся по своим свойствам: например, соединить в одном изделии деталь из высоколегированной стали, которая будет подвергаться агрессивному воздействию в процессе эксплуатации, и деталь из низколегированной стали, на которую нагрузка в процессе эксплуатации будет значительно меньше.

Понятие разнородных сталей и особенности их сварки

Разнородные стали – это стали, которые различаются по своему химическому составу, степени легирования, классам, типам, степени теплопроводности и подверженности сваривания между собой.

При осуществлении сварки разнородных сталей следует учитывать ключевую особенность, которая присуща подавляющему большинству создаваемых сварных соединений: в процессе сварки могут образовываться интерметаллидные структуры, то есть соединения двух и более металлов, обладающих более высокой температурой плавления, нежели те исходные стали, что были использованы для создания изделия. Однако такие структуры могут быть очень хрупкими, и это может привести к разрушению сварного шва при несоблюдении технологии сварки.

Для того чтобы полученный шов был максимально плотным и качественным, края свариваемых деталей необходимо предварительно подогревать с помощью газовой горелки или паяльной лампы. Это не только позволит выпарить лишнюю влагу на подготовительном этапе, но также и подготовить деталь к сварке в соответствии с ее физико-химическими параметрами.

Типы разнородных сталей по признакам разнородности структур

По содержанию углерода в составе сталей происходит их деление на следующие виды:

В зависимости от наличия в химическом составе сталей серы и фосфора выделяют:

Способы и технологии сварки в зависимости от разнородности сталей

Выбор способа сварки тех или иных разнородных сталей зависит, в первую очередь, от их физико-химических свойств. В настоящее время чаще всего встречаются следующие виды соединений разнородных сталей:

Оборудование для сварки

Вне зависимости от того, о каких свариваемых разнородных сталях идет речь, оборудование для выполнения сварочных работ делится на две группы:

В качестве дополнительного оборудования сварочного поста рассматривается сварочный стол, а также инструменты для закрепления свариваемых деталей в необходимых пространственных положениях.

Источник